KR101775033B1 - 개선된 음료 조리 기계 - Google Patents

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닉 앤드류 한센
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크라프트 푸즈 알앤디, 인크.
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Abstract

본 발명은 수성 매체(aqueous medium)를 한 가지 이상의 음료 성분과 접촉시킴에 의하여 음료를 형성하는 음료 조리 기계를 제공하는바, 상기 음료 조리 기계는 음료를 그릇(receptacle)으로 배출시키기 위한 유출 경로(outlet path)의 적어도 일부분을 형성하는 튜브(tube)를 포함하고, 상기 튜브는 음료를 수용하기 위한 상류측 단부와 상기 음료를 배출하기 위한 하류측 단부를 구비하며, 상기 상류측 단부는 적어도 8　mm 인 특성 내부 치수(characteristic internal dimension)를 가지고, 상기 하류측 단부는 적어도 10　mm인 특성 내부 치수를 갖는다.

Description

개선된 음료 조리 기계{Improvements in and relating to beverage preparation machines}
본 발명은 음료 조리 기계에 관한 것이다.
커피, 핫-초코렛(hot chocolate), 및 다른 소프트 드링크(soft drink)와 같은 음료들의 생산에 있어서, 한가지 이상의 음료 성분들과 수성 매체의 접촉을 통하여 음료를 생산하는 음료 조리 기계가 알려져 있다. 이러한 음료 조리 기계에는 한 가지 이상의 음료 성분들이 카트리지, 캡슐(capsule), 다공성 인벨롭(porous envelope), 등의 안에 포장되어 있는 유형들이 포함된다.
많은 유형의 음료들에서는, 그 음료의 표면에 거품(foam) 또는 "크레마(crema)"가 포함되는 것이 바람직하다.
음료 조리 기계용 카트리지는 음료 성분들로부터 형성된 음료 스트림(beverage stream) 안으로 공기를 혼입시키기 위한 혼입기(entrainer)를 포함할 수 있다는 점이 알려져 있다. 일 예가 EP 1 440 910 에 개시되어 있는데, 여기에는 이덕터 장치(eductor arrangement)가 기재되어 있다. 혼입기의 작동을 위하여는, 적정한 공기의 공급이 이덕터의 공기 유입구에 도달하여야 한다.
음료 형성 중에 음료 성분들이 겪는 배압(back pressure)을 변화시키기 위하여, 음료 형성 챔버의 하류에는 가변 기하형태 밸브(variable geometry valve)가 이용될 수 있다는 점도 알려져 있다. 일 예는 WO 2010/125326 에 도시되어 있다. 그러한 밸브가 배압의 조절을 위해서 음료 조리 기계에 포함되는 경우에는, 증가된 배압이 유지됨을 보장하기 위하여, 음료 형성 챔버를 위한 유체밀봉성 시일(fluid-tight seal)(카트리지가 이용되는 경우에는, 그 카트리지를 위한 유체밀봉성 시일)을 제공할 필요가 있다.
그와 같은 시스템(또는 그와 유사한 시스템)이 (혼입기를 포함하는) 카트리지로부터 음료를 토출(dispense; 吐出)할 수도 있도록 보장함에 있어서 문제가 있는데, 이것은 음료 형성 챔버 및/또는 음료 카트리지로의 어떤 전용의 공기 루트(air route)가 없는 상태에서 적당한 공기가 혼입기에 도달함을 보장할 것을 필요로 한다.
본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하여 개선된 음료 조리 기계를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에 의하여, 수성 매체(aqueous medium)를 한 가지 이상의 음료 성분과 접촉시킴에 의하여 음료를 형성하는 음료 조리 기계가 제공되는바,
상기 음료 조리 기계는 음료를 그릇(receptacle)으로 배출시키기 위한 유출 경로(outlet path)의 적어도 일부분을 형성하는 튜브(tube)를 포함하고,
상기 튜브는 음료를 수용하기 위한 상류측 단부와 상기 음료를 배출하기 위한 하류측 단부를 구비하며,
상기 상류측 단부는 적어도 8　mm 인 특성 내부 치수(characteristic internal dimension)를 가지고, 상기 하류측 단부는 적어도 10　mm인 특성 내부 치수를 갖는다.
상기 음료 조리 기계가 음료 조리 기계에 의해서 조리되는 음료의 표면에 큰 거품층이 형성됨을 가능하게 하는 것이 유리하다.
음료 성분들을 담고 있는 카트리지를 수용하는 음료 조리 기계에서는 유출 튜브가 사용될 수 있다. 상기 유출 튜브는 폭넓은 범위의 카트리지, 패드, 캡슐, 등과 함께 사용될 수 있다. 상기 카트리지에는 공기를 음료 안에 포함시키기 위한 혼입기가 제공될 수 있다.
(예를 들어 음료 형성 챔버 또는 음료 형성 챔버 내에 보유된 카트리지 안에 있는) 음료 성분들은 사용 중에 시일(seal)되는 것이 바람직할 수 있는바, 이로써 외부와 음료 성분들 간의 유체 연결들이 유출 튜브 형태의 유출구와 수성 매체의 유입구만을 통하게 된다. 이것은 예를 들어, 음료 형성 중에 음료 성분들이 겪게 되는 배압을 변화시키는 밸브가 음료 조리 기계에 포함되는 경우에 해당될 수 있다. 그러한 밸브가 배압을 조정하기 위하여 음료 조리 기계 안에 포함되는 경우에는, 증가된 배압이 유지됨을 보장하기 위하여 음료 형성 챔버를 위한 유체밀봉성 시일(카트리지가 사용되는 경우에는 카트리지를 위한 유체밀봉성 시일)을 제공할 필요가 있다. 그러나, 그러한 밸브를 구비한 동일한 기계가 혼입기를 이용하여 음료를 토출함이 필요할 수도 있다. 예를 들어 카트리지가 혼입기를 포함하는 경우에는, 외부로부터의 공기가 혼입기에 도달하기 위한 루트를 제공할 필요가 있다. 이와 같은 경우에는, 그 공기 유입 루트가 유출 튜브를 경유함이 유리하다. 본 발명의 튜브는, 튜브를 따라 아래로 이동하는 배출되는 음료 스트림이, 그와 동시에 튜브를 따라서 위로 이동할 필요가 있는 음료 조리 기계의 외부로부터의 공기의 유동을 '초크-오프(choke off)'시킬 가능성이 낮게 됨을 보장한다는 구성을 갖는다는 점에서 유리하다.
상기 튜브는 상류측 단부에서 8　mm 의 최소 특성 최소 치수를 가질 수 있고, 그리고/또는 하류측 단부에서 12　mm 의 최소 특성 내부 치수(minimum characteristic internal dimension)을 가질 수 있고, 그리고/또는 튜브의 상류측 단부와 하류측 단부 사이의 위치에서 10 mm 의 최소 특성 내부 치수를 가질 수 있다.
상기 튜브의 하류측 단부는 유출 경로의 말단 부분일 수 있다.
상기 튜브의 하류측 단부는 상기 튜브로부터 배출되는 음료를 수용하는 중간 부재에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 튜브는 상기 음료 조리 기계의 외부로부터 음료로 공기를 공급하기 위한 공기 유입구로서의 역할을 할 수 있다.
음료 조리 기계는 공기를 음료 안으로 혼입시키는 혼입기를 혼입기를 포함할 수 있다. 대안적으로는, 음료 조리 기계가 음료 성분들을 담고 있는 카트리지를 수용하도록 구성될 수 있고, 카트리지는 공기를 음료 안으로 혼입시키는 혼입기를 포함할 수 있다.
상기 튜브는 음료 조리 기계의 외부로부터 혼입기로 공기를 공급하기 위한 유일한 공기 공급부를 형성할 수 있다.
상기 튜브는 음료 조리 기계의 음료 형성 챔버 내부의 압력, 또는 음료 조리 기계 안에 수용되는 카트리지 내부의 압력를 변화시키기 위하여 조여질 수 있다.
상기 상류측 단부의 특성 내부 치수는 하류측 단부의 특성 내부 치수와 상이할 수 있고, 상기 상류측 단부의 특성 내부 치수는 하류측 단부의 특성 내부 치수보다 작을 수 있다.
상기 튜브의 하류측 단부는 적어도 하나의 평면에서 비대칭적일 수 있고, 그리고/또는 상기 튜브의 하류측 단부는 비-원형의 단면을 가질 수 있으며, 바람직하게는:
(a) 정사각형 형상;
(b) 오벌(oval) 형상; 또는, 가장 바람직하게는,
(c) 카시니 오벌(cassini oval) 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 튜브의 하류측 단부는 적어도 하나의 편평한 측부를 가질 수 있고, 그리고/또는 상기 튜브의 하류측 단부에 있는 튜브의 벽은 반경방향 내향으로 또는 반경방향 외향으로 모따기된 것일 수 있다.
상기 튜브의 하류측 단부에 있는 튜브의 벽은 0.5 mm 미만의 두께를 가질 수 있다.
상기 튜브의 하류측 단부는 튜브의 중심축에 대해 직각이 아닌 각도를 이룰 수 있다.
본 발명에 따르면, 다른 일 형태를 갖는 음료 형성 챔버를 포함하는 음료 조리 기계가 제공되는바, 상기 음료 형성 챔버는 수성 매체를 수용하기 위한 유입구, 및 상기 수성 매체를 한가지 이상의 음료 성분과 접촉시킴에 의하여 형성되는 음료를 배출하기 위한 유출구를 포함하고,
상기 음료 조리 기계는 음료를 수용하기 위하여 음료 형성 챔버의 유출구의 하류에 배치된 중간 부재(intermediate member)를 더 포함하며, 상기 중간 부재는 사용시 음료 조리 기계에 의하여 조리된 음료를 궁극적으로 수용하는 그릇과 상기 음료 형성 챔버의 유출구 사이에 배치되고,
상기 중간 부재는 사용시 상기 음료 형성 챔버의 유출구로부터 음료를 수용하는 공동(cavity)을 형성하고, 상기 공동은 최저점(lowermost point) 및 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역을 구비한 베이스(base)를 포함하며,
상기 베이스는 복수의 통공(aperture)들을 포함하되, 상기 통공들에는:
상기 베이스의 최저점에 또는 최저점 근처에 배치된 하나 이상의 통공들과 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역에 배치된 하나 이상의 통공들이 포함되거나; 또는
상기 최저점에 또는 최저점 근처에서 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역으로 연장되게 구성된 하나 이상의 통공들이 포함된다.
상기 베이스는 1 이상의 차원으로 곡면을 이룰 수 있고, 그리고/또는 상기 베이스가 보울 형상을 가질 수 있다.
상기 베이스는 중간 부재의 길이방향 축을 중심으로 하는 호전체의 형상을 가질 수 있으며, 상기 길이방향 축은 베이스의 최저점을 통과하여 지나가고, 그리고/또는 상기 베이스가 오목한 형태로 일정한 곡률반경을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 전술된 음료 조리 기계, 및 한 가지 이상의 음료 성분을 담고 있는 하나 이상의 카트리지를 포함하는 시스템이 제공된다.
상기 음료 조리 기계는 공기를 음료 안으로 혼입시키는 혼입기를 포함하는 제1 유형의 카트리지를 이용할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이 때 상기 혼입기의 공기 유입구로의 공기 공급 루트(air supply route)는 상기 튜브를 경유하고,
상기 음료 조리 기계는 혼입기를 포함하지 않는 제2 유형의 카트리지를 이용할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이 때 상기 음료의 거품형성은 가변 기하형태 밸브를 이용함으로써 이루어지되 상기 밸브를 통해 유동하는 음료에서의 결과적인 시어링(shearing) 및 혼합(mixing)에 의해 이루어진다.
본 발명의 다른 형태에 따르면 음료 조리 방법이 제공되는바, 상기 음료 조리 방법은:
음료 조리 기계의 음료 형성 챔버 안에서 음료를 형성하는 단계;
음료를 상기 음료 형성 챔버로부터 죄여질 수 있는 튜브 안으로 배출시키는 단계;
상기 튜브를 조임(constricting)으로써 상기 음료 형성 챔버로 향하는 튜브 안의 공기의 유동을 통제하는 단계; 및
상기 음료를 그릇 안으로 토출하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태에 따르면 음료 조리 방법이 제공되는바, 상기 음료 조리 방법은:
음료 조리 기계의 음료 형성 챔버 안에서 음료를 형성하는 단계;
상기 음료 형성 챔버로부터 중간 부재의 공동 안으로 음료를 배출시키는 단계로서, 상기 공동은 최저점 및 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역을 구비한 베이스를 포함하고, 상기 베이스는 복수의 통공들을 포함하며, 상기 통공들에는 상기 베이스의 최저점 또는 최저점 근처에 배치된 하나 이상의 통공들 및 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역에 배치된 하나 이상의 통공들이 포함되는, 단계;
상기 복수의 통공들 중 하나 이상을 통하여 음료를 통과시키는 단계; 및
상기 음료를 그릇 안으로 토출하는 단계;를 포함한다.
상기 공동 안으로 들어가는 음료의 체적 유량(volumetric flow)이 상대적으로 낮은 경우에는, 상기 음료가 곡면을 이루는 베이스의 최저점 또는 최저점 근처에 배치된 하나 이상의 통공만을 통해 지나가는 경향을 가질 수 있고,
상기 공동 안으로 들어가는 음료의 체적 유량이 상대적으로 높은 경우에는, 상기 음료가 상기 곡면을 이루는 베이스의 최저점 또는 최저점 근처에 배치된 하나 이상의 통공 뿐만 아니라 상기 최저점보다 위에 있는 적어도 하나의 영역에 배치된 하나 이상의 통공을 통하여 지나가도록, 상기 공동을 채우는 경향을 가질 수 있다.
음료가 상기 복수의 통공들을 통해 지나갈 때, 상기 음료는 베이스의 하측부를 따라 유동하여 단일의 음료 스트림으로 통합될 수 있는바, 상기 음료 스트림은 상기 베이스의 최저점 또는 최저점 근처에 있는 지점에서 중간 부재로부터 분리된다.
상기 음료 조리 방법은 한가지 이상의 음료 성분을 포함하는 카트리지를 음료 형성 챔버 안으로 삽입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
거품층이 더 크게 형성됨에 기여하는 본 발명의 추가적인 특징들은 하기의 상세한 설명에도 기재되어 있다.
아래에서는 하기의 첨부 도면들에 도시된 특정 실시예들을 참조로 하여 본 발명의 구성에 대해 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 음료 조리 기계의 개략도이고,
도 2 는 본 발명에 따른 음료 조리 기계의 음료 형성 챔버의 유출구에 대응되는 튜브(120)를 옆에서 본 개략도이고,
도 3 은 튜브가 원형의 단면을 갖는 경우에, 튜브(120)를 하류측 단부로부터 본 개략도이고,
도 4 는 튜브가 정사각형의 단면을 갖는 경우에, 튜브(120)를 하류측 단부로부터 본 개략도이고,
도 5 는 비대칭성 하류 부분을 갖는 튜브(120)를 옆에서 본 개략도이고,
도 6 은 제1 실시예에 따른 중간 부재의 베이스의 하측부의 사시도이고,
도 7 은 도 2 의 중간 부재의 사시도로서, 여기에는 다른 방위에서 본 모습이 도시되어 있고,
도 8a 는 제2 실시예에 따른 중간 부재의 베이스의 하측부의 사시도이고,
도 8b 에는 도 8a 의 중간 부재를 기본으로 하되 대안적인 구성의 통공들을 구비한 중간 부재가 도시되어 있고,
도 9 에는 도 8a 및 도 8b 의 중간부재의 사시도가 도시되어 있되 다른 방위에서 본 모습이 도시되어 있고,
도 10 에는 제3 실시예에 따른 중간 부재의 베이스의 사시도가 도시되어 있고,
도 11 에는 제4 실시예에 따른 중간 부재의 베이스의 하측부의 사시도가 도시되어 있고,
도 12 에는 도 11 의 중간 부재의 사시도가 도시되어 있되 다른 방위에서 본 모습이 도시되어 있고,
도 13 에는 본 발명의 일 형태에 따른 꼭지(spigot) 및/또는 튜브(120)의 구성을 위한 다양한 추가적인 선택안들이 도시되어 있고,
도 14 에는 본 발명의 튜브 형태의 바람직한 실시예가 도시되어 있고,
도 15 내지 도 17 에는 상기 실시예들의 일부분으로서 활용될 수 있는 가변 기하형태 밸브가 개략적으로 도시되어 있고,
도 18 내지 도 29 에는 상기 실시예들의 일부분으로서 사용될 수 있는 예시적인 카트리지가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 음료 조리 기계(1)가 도 1 에 개략적으로 도시되어 있다.
음료 조리 기계(1)는 음료 형성 챔버(10)를 포함하고, 상기 음료 형성 챔버(10)는 수성 매체를 수용하기 위한 유입구(11)와, 한가지 이상의 음료 성분(18)들과 상기 수성 매체를 접촉시킴에 의해 형성되는 음료를 배출하기 위한 유출구(12)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 음료 성분(18)들은 음료 형성 챔버 안으로 (사용자에 의한 수작업에 의해서 자동적으로) 삽입될 수 있는 카트리지(15) 안에 담겨져 있다. 이 경우에 있어서 카트리지는 단일의 음료를 생산하기에 충분한 양의 음료 성분들을 담도록 설계된다. 대안적인 구성에서는, 상기 음료 형성 챔버(10)가 챔버(10) 안으로 직접 수용되는 음료 성분(18)들을 담을 수 있는데, 예를 들면 상기 음료 형성 챔버(10)가 다져지고 구워진 분쇄 커피(tamped roast and ground coffee)를 수용하는 에스프레소 기계의 그룹 핸들(group handle)일 수 있다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 음료 형성 챔버의 유출구(12)는 튜브(120) 또는 다른 도관을 포함한다. 상기 튜브(120)는 챔버 유출구(12)의 일체적 부분이거나 또는 개별적으로 연결되는 구성요소일 수 있다. 튜브(120)가 개별적으로 연결되는 구성요소인 경우, 그것은 유출구(12)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다.
튜브(120)는 꼭지(spigot) 및 파이프(pipe)를 포함할 수 있는바, 상기 꼭지는 유출구(12)의 일부이고, 파이프는 상기 꼭지에 부착된다.
상기 튜브(120)는 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 그것은 원형 형상(도 3 참조), 정사각형 형상(도 4 참조), 오벌 형상, 사각형 형상, 또는 임의의 다른 형상을 가질 수 있다. 상기 튜브(120)의 단면 형상은 불규칙적인 것일 수도 있다. 상기 단면 형상은 튜브(120)의 길이를 따라서 달라지는 것일 수도 있다. 예를 들어, 상기 튜브(120)의 단면은 원형으로 시작하여 정사각형으로 변화할 수 있다.
도시된 실시예에서, 튜브(120)는 튜브의 하류측 단부(downstream end; 122)에서보다 튜브의 상류측 단부(upstream end; 121)에서 더 좁은 특성 내부 치수를 가질 수 있다. 원형의 단면 형상을 갖는 튜브(120)의 경우, 상기 튜브의 길이를 따른 특정 지점에서의 특성 내부 치수는 그 지점에서의 튜브의 직경을 의미한다. 튜브(120)가 비원형의 단면 형상을 갖는 경우에는, 튜브의 길이를 따른 특정 지점에서의 특성 내부 치수가 그 지점에서의 튜브의 최대 내부 폭(maximum internal width)을 의미한다. 따라서, 튜브가 정사각형의 단면 형상을 갖는 경우에는, 상기 튜브의 길이를 따른 특정 지점에서의 특성 내부 치수가 그 지점에서의 정사각형의 대각선 길이를 의미한다.
상기 튜브는 그 길이를 따른 특정 영역에 불룩부(bulge)를 구비할 수 있는바, 그 영역에서의 튜브의 특성 내부 치수는 그 영역 밖의 튜브의 부분들에서의 특성 내부 치수보다 크다.
도 2 내지 도 5 의 실시예들에서, 튜브(120)는 하류측 단부(122)에 외향 모따기부(outward chamfer; 130)를 갖는다. 대안적으로, 튜브(120)는 하류측 단부(122)에 내향 모따기부를 가질 수도 있다. 상기 하류측 단부(122)에서의 모따기부로 인하여 튜브 벽(125)의 두께가 하류측 단부에서 감소되며, 이로써 액체가 튜브(120)의 단부에서 튜브 벽으로부터 떨어짐에 있어서의 저항이 작게 된다.
상기 튜브(120)의 하류측 단부(122)는, 튜브(120)의 상류측 단부(121)의 중심축으로부터 오프셋(offset)된 중심축을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 튜브의 상류측 단부(121)의 특성 내부 치수는 8　mm이고, 튜브(120)의 하류측 단부(122)의 특성 내부 치수는 10　mm이다. 다른 실시예에서, 상기 튜브(120)의 하류측 단부(122) 및 상류측 단부(121)의 특성 내부 치수는 더 클 수 있다. 예를 들어, 상기 튜브의 상류측 단부(121) 및 하류측 단부(122)의 특성 내부 치수들은 각각 10　mm 과 12.5 mm일 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 고찰되는 튜브(120)의 다양한 대안적인 구성들이 도 13 에 도시되어 있다. 도 13 의 구성들은, 상기 튜브가 꼭지와 파이프를 포함하는 장치들에 있어서, 파이프(미도시)가 부착될 수 있는 꼭지 부분에만 관한 것일 수 있다. 대안적으로는, 도 13 에 도시된 구성들이 전체 튜브에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 상기 형태에 따른 바람직한 튜브 구성이 도 14 에 도시되어 있다. 튜브는 그 길이를 따라서 달라지는 크기 및 단면 형상을 갖는다. 상류측 단부에서 그 단면 형상은 원형이고, 하류측 단부에서 그 단면 형상은 대략적으로 카시니 오벌(cassini oval)의 형상을 갖는데, 상기 카시니 오벌 형상은 대향된 2개의 경계부가 둥근 요소들로 형성되며 그 둥근 요소들은 대향된 2개의 편평한 부분들에 의해 연결된다. 상기 튜브는 상류측 단부에서 8　mm의 최소 특성 내부 치수를 가지며, 하류측 단부에서 12　mm의 최소 특성 내부 치수를 가지고, 튜브의 상류측 단부와 하류측 단부 사이의 위치에서 10　mm 의 최소 특성 내부 치수를 갖는다.
음료 조리 기계(1)는 음료 형성 중에 음료 성분(18)들이 겪는 배압을 제어하기 위하여 음료 형성 챔버(10)의 하류에 밸브를 구비할 수 있는바, 예를 들어 그 밸브를 부분적으로 닫음에 의하여 카트리지(15) 내에 보유된 구워진 분쇄 커피의 추출 압력이 증가될 수 있다. 상기 밸브는 튜브(120)의 일부분을 형성하거나 또는 튜브(120)의 일부분과 결합될 수 있고, 또한 튜브(120)의 상류측을 제외하고 음료 형성 챔버(10)의 하류측에서 음료의 유출 경로의 일부분일 수 있다.
음료 형성 챔버 내의 배압을 제어하기 위한 일 메카니즘(mechanism)으로서 가변 기하형태 밸브(60)가 사용될 수 있는바, 그것의 일 예가 도 15 내지 도 17 에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 밸브(60)는 클램핑 메카니즘(clamping mechanism; 72)을 포함하는 핀치 밸브(pinch valve)일 수 있다. 비제한 위치(unrestricted position)에서(도 16 참조), 음료는 튜브(120)를 통하여 자유로이 유동한다. 배압을 증가시키기 위해서 상기 클램핑 메카니즘(72)이 작동되면, 튜브(120)의 유동 면적이 감소되는 제한 위치(restricted position)가 제공된다 (이 모습은 도 17 에 개략적으로 도시되어 있는바, 만일 밸브(60)를 일시적으로 폐쇄하고자 않다면 유동 면적이 0으로 감소될 수도 있다는 점에 유의한다). 그렇기 때문에, 상기 밸브(60)는 다음과 같은 상태들을 취할 수 있다:
1. 개방
2. 제한
3. 폐쇄
밸브(60)는 기계(1)의 제어 프로세서(control processor)에 의해 자동적으로 제어될 수 있다. 일단 기계(1) 안으로 삽입된 카트리지(15)의 유형이 예를 들어 바코드(barcode)의 디코딩(decoding)에 의해서 식별되면, 제어 프로세서는 올바른 초기 설정을 선택할 수 있고, 경우에 따라서는 해당 음료 유형에 맞게 밸브(60)의 후속 작동을 선택할 수 있다.
상기 기계(1)는 다양한 모드(mode)들로 작동할 수 있으며, 이 때 밸브(60)는 한가지 이상의 작동 위치들을 갖는바, 예를 들자면 다음과 같다.
1. 브루잉 사이클(Brewing Cycle)에 걸쳐서의 밸브 개방
밸브(60)가 개방 위치에 있는 때에는 작동 압력이 2 바아(bar) 미만일 수 있어서, 최대 400 ml/min 의 유량까지 정상 상태(steady state)가 제공된다. 이 모드는 차, 거품 우유, 또는 초콜릿과 같은 저압 음료를 조리하는데에 적합할 수 있다.
2. 브루잉 사이클에 걸쳐서의 밸브 제한
밸브(60)가 제한 위치에 있는 때에는 카트리지(15)(또는 음료 형성 챔버(10)) 내에 상대적으로 높은 배압이 형성되어 최대 4, 6, 또는 9 바아의 작동 압력이 얻어지며, 60 내지 300 ml/min 의 유량에 걸쳐서 정상 상태가 제공된다. 이것은 에스프레소 음료를 위한 음료 성분(200)들 안에 있는 오일(oil)들의 유화(emulsification) 및 필요한 고형분 추출을 얻기에 충분하다. 음료 유출구에서의 일관된 제한(consequential restriction)에 의하여, 밸브(60)를 통해 유동하는 음료에서의 결과적인 시어링(shearing) 및 혼합 작용이 제공되고, 이것은 우수한 공기/액체 유화를 일으켜서 개선된 크레마가 얻어지게 되는 결과를 낳는다. 이 모드는 에스프레소와 카푸치노와 같은 상대적으로 높은 압력의 음료를 조리하는데에 유리하게 이용될 수 있다.
3. 밸브의 폐쇄 후 제한
브루잉 사이클의 시작시 (기계(1)의 펌프가 작동을 개시하기 전에) 바로 밸브(60)가 폐쇄되면, 카트리지(15) 안에 밸브(60)가 제한 위치에 있는 때보다 더 높은 압력이 형성될 수 있게 된다.
필요하다면, 상기 밸브는 브루잉 사이클 중에 또는 브루잉 사이클의 일부 중에 다양한 위치들 간으로 펄스(pulse)를 이루어 이동될 수 있다. 전달 사이클(delivery cycle) 중에 밸브가 이와 같은 방식으로 작동하면, 단계화된(graduated colour) 색상 및/또는 기포 크기의 크레마를 갖는 음료가 생산될 수 있다.
볼 밸브(ball valve), 슬리브 밸브(sleeve valve), 시트 밸브(seat valve), 또는 디스크 밸브(disc valve)와 같은 다른 유형의 밸브가 상기 밸브(60)로서 이용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 음료 성분(18)들을 담고 있는 카트리지(15)를 수용하는 기계에서 유출 튜브(120)가 사용될 수 있다. 상기 유출 튜브(120)는 폭넓은 범위의 카트리지, 패드(pad), 캡슐 등과 함께 사용될 수 있다. 아래에서는 사용될 수 있는 카트리지(15)의 일 예에 관한 설명이 제공되는바, 여기에서는 상기 카트리지(15)에 도 18 내지 도 29 에 도시된 바와 같이 공기를 음료 안에 넣는 혼입기가 제공된다.
일반적으로 카트리지(15)는 외측 부재(102), 내측 부재(103), 및 라미네이트(laminate; 105)를 포함한다. 상기 외측 부재(102), 내측 부재(103), 및 라미네이트(105)는 카트리지(15)를 형성하도록 조립되고, 상기 카트리지는 한 가지 이상의 음료 성분들을 담기 위한 내부(106), 유입구(107), 유출구(108), 및 유입구(107)와 유출구(108)를 연결하는 음료 유동 경로를 포함하며, 상기 음료 유동 경로는 내부(106)를 통하여 지나간다. 상기 유입구(107) 및 유출구(108)는 초기에 라미네이트(105)에 의하여 밀봉되고, 사용시 라미네이트(105)를 뚫거나 자름에 의하여 개방된다.
도시된 예의 카트리지(15)는 특히, 크레마를 생성함이 바람직한 구워진 분쇄 커피와 같은 에스프레소 스타일의 음료를 토출함에 있어서 이용되도록 설계된 것이다.
도 23 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 카트리지(15)의 전체적인 형상은 원형 또는 디스크의 형상을 가지며, 카트리지(15)의 직경은 그 높이보다 현저히 더 크다. 주축(major axis; X)은 도 19 에 도시된 바와 같이 외측 부재의 중심을 관통한다. 상기 외측 부재(102)의 전체 직경은 통상적으로 74.5±6 mm이고, 전체 높이는 16±3 mm 이다. 조립된 상태에서 카트리지(150의 체적은 30.2 ml ±20%이다.
외측 부재(102)는 일반적으로 보울(bowl) 형상의 외형판(110)을 포함하며, 상기 외형판은 곡선을 이루는 고리형 벽(113), 폐쇄된 상부(111), 및 개방된 저부(112)를 갖는다. 상기 외측 부재(102)의 상부(111)의 직경은 저부(112)의 직경에 비하여 더 작은데, 이것은 폐쇄된 상부(111)로부터 개방된 저부(112)까지 가면서 고리형 벽(113)이 벌어지기 때문이다. 상기 고리형 벽(113) 및 폐쇄된 저부(112)는 함께 내부(134)를 갖는 그릇을 형성한다.
상기 폐쇄된 상부(111)에는 주축(X)을 중심으로 하여 중공의 내향으로 지향된 원통형 연장부(118)가 제공된다. 도 20 에 상세히 도시된 바와 같이, 상기 원통형 연장부(18)는 제1 부분(219), 제2 부분(220), 및 제3 부분(221)을 갖는 계단식 윤곽을 갖는다. 상기 제1 부분(219)은 원형의 원통을 이룬다. 상기 제2 부분(220)은 절두 원추형의 형상을 가지며 내향으로 테이퍼진다. 상기 제3 부분(221)은 원형의 원통을 이루며 하측면(131)에 의해 폐쇄된다. 상기 제1 부분(219), 제2 부분(220), 및 제3 부분(221)의 직경은 증분적으로(incrementally) 감소하는바, 이로써 원통형 연장부(118)의 직경은 상부(111)로부터 원통형 연장부(118)의 폐쇄된 하측면(131)으로 갈 수록 감소한다. 상기 원통형 연장부(118)의 상기 제2 부분(220)과 제3 부분(221) 사이의 접합부에는 전체적으로 수평한 어깨부(132)가 형성된다.
상기 외측 부재(102)의 저부(112) 측에는 외향으로 연장된 어깨부(133)가 형성된다. 상기 외향으로 연장된 어깨부(133)는 고리형 벽(113)와 동축을 이루는 2차 벽(115)을 형성하여, 고리형 벽(113)과 2차 벽(115) 사이에 매니폴드(manifold; 116)를 형성하는 고리형 트랙(annular track)을 한정한다. 상기 매니폴드(116)는 외측 부재(102)의 원주 둘레로 지나간다. 고리형 벽(113)에서 매니폴드(116)과 같은 높이의 부분에는 일련의 슬롯(117)들이 제공되어서, 외측 부재(102)의 내부(134)와 매니폴드(116) 간의 가스 및 액체 소통이 제공된다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(117)들은 고리형 벽(113)에 있는 수직형 슬릿(slit)들로서 이루어진다. 20 내지 40 개의 슬롯들이 제공된다. 도시된 실시예에서는 37개의 슬롯(117)들이 제공되어 있으며, 전체적으로 매니폴드(16)의 원주 둘레로 등간격으로 이격되어 있다. 상기 슬롯(117)들은 1.4 내지 1.8 mm 의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 통상적으로, 각 슬롯(117)의 길이는 1.6 mm인데, 이것은 외측 부재(102)의 전체 높이의 10%에 해당된다. 각 슬롯(117)의 폭은 0.25 내지 0.35 mm 사이이다. 통상적으로, 각 슬롯(117)의 폭은 0.3 mm이다. 상기 슬롯(117)들의 폭은 사용 중에 또는 저장 중에 음료 성분들이 매니폴드(116) 안으로 통과함을 방지하기에 충분히 좁다.
외측 부재(102)의 주변부에는 유입 챔버(126)가 형성된다. 도 23 에 명확히 도시된 바와 같이, 원통형 벽(127)이 제공되는데, 이것은 외측 부재(102)의 내부(134) 안에 형성된 유입 챔버(126)를 한정하고, 유입 챔버(126)를 외측 부재(102)의 내부(134)로부터 구획한다. 상기 원통형 벽(127)은 주축(X)에 대해 직각인 평면 상에 형성되어 있는 폐쇄된 상측면(128)과 외측 부재(102)의 저부(12)와 동일 평면 상에 있는 개방된 하측 단부(129)를 포함한다. 상기 유입 챔버(26)는 도 19 에 도시된 바와 같이 두 개의 슬롯(230)들을 통하여 매니폴드(116)와 소통된다. 대안적으로는, 상기 유입 챔버(126)와 매니폴드(116) 간의 소통을 위하여 1 내지 4 개의 슬롯이 사용될 수 있다.
외향으로 연장된 어깨부(133)의 하측 단부에는, 주축(X)에 대해 직각으로 연장되고 외향으로 연장된 플랜지(outwardly extending flange; 135)가 제공된다. 통상적으로, 상기 플랜지(135)는 2 내지 4 mm 의 폭을 갖는다. 상기 플랜지(135)의 일부분은 확장되어서 손잡이(124)를 형성하는바, 상기 손잡이를 이용하여 외측 부재(102)를 잡을 수 있다. 상기 손잡이에는 파지(grip)를 개선하기 위하여 위로 굽은 테두리(225)가 제공된다.
상기 외측 부재(102)는 고밀도 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에스테르(polyester)로 이루어진 단일체 부재, 또는 이 재료들 중 둘 이상으로 이루어진 라미네이트로서 형성된다. 적합한 폴리프로필렌은 "DSM UK Limited"사(영국 레디치; Redditch, United Kingdom)로부터 입수가능한 폴리머들이다. 상기 외측 부재는 투명하거나, 불투명하거나, 반투명한 것일 수있다. 제조 과정으로서는 사출성형이 이용될 수 있다.
도 25 내지 도 28 에 도시된 내측 부재(103)는 고리형 프레임(annular frame; 141)과 하향으로 연장된 원통형 펀넬(cylindrical funnel; 140)을 포함한다. 도 25 에 도시된 바와 같이, 주축(X)이 내측 부재(103)의 중심을 관통한다.
도 26 및 도 27 에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 고리형 프레임(141)은 10개의 등간격으로 이격된 반경방향 스포크(radial spoke; 153)들에 의해 결합되어 있는 외측 테두리(outer rim; 151) 및 내측 허브(inner hub; 152)를 포함한다. 상기 내측 허브(152)는 원통형 펀넬(140)과 일체를 이루며, 또한 원통형 펀넬(140)로부터 연장된다. 상기 고리형 프레임(141)의 반경방향 스포크(153)들 사이에는 여과 통공(filtration aperture; 155)들이 형성된다. 상기 고리형 프레임(141) 상에는 여과 통공(155)들을 덮도록 필터(104)가 배치된다. 상기 필터는 높은 습윤 강도(wet strength)를 갖는 재료로 만들어지는 것이 바람직한데, 예를 들면 폴리에스테르의 비-직조 섬유 재료(non-woven fibre material of polyester)가 있다. 사용될 수 있는 다른 재료들에는 직조된 종이 섬유(woven paper fibres)를 포함하는 셀룰로오스 재료와 같은, 물-불침투성 셀루로오스 재료(water-impermeable cellulosic material)가 포함된다. 상기 직조된 종이 섬유는 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 및/또는 폴리에틸렌의 섬유와 혼합될 수 있다. 이와 같이 플라스틱 재료를 셀룰로오스 재료와 혼합함으로써, 가열-밀봉가능한(heat-sealable) 셀룰로오스 재료가 얻어진다. 필터(104)는 열 및/또는 압력에 의하여 활성화되는 재료로 코팅 또는 처리될 수도 있는바, 이로써 필터가 고리형 프레임(141)에 시일(seal)될 수 있다.
도 25 의 단면 윤곽에 도시된 바와 같이, 내측 허브(152)는 외측 테두리(151)보다 아래의 위치에 배치되며, 이로 인하여 고리형 프레임(141)이 경사진 하측 윤곽(sloping lower profile)을 갖게 된다.
각 스포크(153)의 상측 표면에는 직립 웹(upstanding web; 154)이 제공되는데, 상기 직립 웹은 고리형 프레임(141) 위의 빈 공간을 복수의 통로(157)들로 분할한다. 각 통로(157)는 하측면에서는 필터(104)에 의하여 그리고 양 측부에서는 웹(154)에 의하여 경계지워진다. 상기 통로(157)들은 외측 테두리(151)로부터 하향으로 연장되며, 웹(154)들의 내측 단부에 의하여 형성되는 개구(156)들에서 원통형 펀넬(140)을 향하여 연장되어 원통형 펀넬(140) 안으로 개방된다.
상기 원통형 펀넬(140)은 내측 배출 주둥이(inner discharge spout; 143)를 둘러싸는 외측 튜브(142)를 포함한다. 상기 외측 튜브(142)는 원통형 펀넬(140)의 외부를 형성한다. 배출 주둥이(143)는 배출 주둥이(143)의 상측 단부에서 고리형 플랜지(147)에 의하여 외측 튜브(142)에 접합된다. 배출 주둥이(143)는 상측 단부에 유입구(145)를 포함하는데, 상기 유입구(145)는 하측 단부에 있는 유출구(144) 및 통로(157)들의 개구(156)들과 소통되며, 조리된 음료는 상기 유출구(144)를 통하여 컵 또는 다른 그릇 안으로 배출된다. 상기 배출 주둥이(143)의 윤곽은 튜브(143)의 상측 단부 가까이에서 독특한 개-다리 형상부(dog-leg; 166)를 갖는 계단식 윤곽을 포함한다.
도 25 에 도시된 바와 같이, 상기 배출 주둥이(143)에는 유출구(144)로부터 배출 주둥이(143)의 일부까지 연장되어 있는 격벽(165)이 제공된다. 상기 격벽(165)은 음료가 배출 주둥이(143)로부터 나갈 때에 있어서의 튐(splashing) 및/또는 퍼뜨려짐(spraying)을 방지하는데에 도움이 된다.
외측 튜브(142)와 접합되는 고리형 플랜지(147)로부터 배출 주둥이(143)까지 직립하는 테두리(167)가 제공된다. 상기 테두리(167)는 배출 주둥이(143)까지 유입구(145)를 둘러싸며, 외측 튜브(142)의 상측 부분과 테두리(167) 사이에 고리형 채널(annular channel; 169)을 한정한다. 상기 테두리(167)에는 내향으로 지향된 어깨부(168)가 제공된다. 상기 테두리(167)의 원주 둘레에서의 일 지점에는 슬롯 형태의 통공(170)이 제공되는데, 상기 슬롯은 테두리(167)의 상측 에지(upper edge)로부터 어깨부(168)의 높이 조금 아래의 지점까지 연장되는바, 이것은 도 25 및 도 25a 에 잘 도시되어 있다. 상기 슬롯은 0.64 mm의 폭을 갖는다.
도 28 및 도 28a 에 도시된 바와 같이, 통공(170)과 원주상으로 정렬되어 있는 고리형 플랜지(147)에는 공기 유입구(171)가 제공된다. 상기 공기 유입구(171)는 플랜지(147)를 통해 지나가는 통공을 포함하여서, 배출 주둥이(143)와 외측 튜브(142) 사이에서 플랜지(147) 아래에 있는 빈 공간과 플랜지(147) 위의 지점 간에 소통을 이룬다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 공기 유입구(171)가 상측의 절두원추형 부분(upper frusto-conical portion; 173)과 하측의 원통형 부분(172)을 포함한다. 공기 유입구(171)는 통상적으로 핀(pin)과 같은 몰드 도구(mould tool)에 의해 형성된다. 상기 공기 유입구(171)의 테이퍼진 윤곽은 몰딩된 부품으로부터 상기 몰드 도구가 보다 쉽게 분리되도록 함을 가능하게 한다. 상기 공기 유입구(171) 근처에 있는 외측 튜브(142)의 벽은, 상기 공기 유입부(171)로부터 배출 주둥이(143)의 유입구(145)까지 이어지는 슈트(chute)를 형성하도록 된 형상을 갖는다. 도 28a 에 도시된 바와 같이, 상기 슈트와 공기 유입구(171) 사이에는 경사진 어깨부(174)가 형성되어서, 슬롯(170)으로부터 나오는 음료의 제트류(jet)가 공기 유입구(171)의 바로 근처에 있는 플랜지(147)의 상측 표면을 바로 더럽히지 않도록 함을 보장한다.
상기 내측 부재(103)는 폴리프로필렌 또는 전술된 바와 유사한 재료로 단일체의 부재로서 형성될 수 있고, 외측 부재(102)와 마찬가지의 방식으로 사출성형에 의해 형성될 수 있다.
대안적으로는, 상기 내측 부재(103) 및/또는 외측 부재(102)가 생분해성 폴리머로 만들어질 수 있다. 적합한 재료의 예들에는, 분해성 폴리에틸렌(예를 들어, 영국 보어햄우드(Borehamwood) 소재의 심포니 인바런멘털(Symphony Environmental)사에 의해 공급되는 "SPITEK"), 생분해성 폴리에스테르 아미드(polyester amide)(예를 들어, 심포니 인바이런멘털사에 의해 공급되는 "BAK 1095"), 폴리 유산(poly lactic acids)(미국 미네소타 소재의 카길(Cargil)사에 의해 공급되는 "PLA"), 전분계 폴리머(starch-based polymer), 셀룰로오스 유도체(cellulose derivative), 및 폴리펩타이드가 포함된다.
라미네이트(105)는 두 개의 층들, 즉 알루미늄으로 된 제1 층 및 캐스트 폴리프로필렌(cast polypropylene)으로 된 제2 층으로 형성된다. 알루미늄 층은 0.02 내지 0.07 mm의 두께를 가진다. 캐스트 폴리프로필렌 층은 0.025 내지 0.065 mm의 두께를 가진다. 일 실시예에서, 상기 알루미늄 층은 0.06 mm 의 두께를 가지며 상기 폴리프로필렌 층은 0.025 mm의 두께를 갖는다. 상기 라미네이트(105)는 조립 중에 말림(curling)에 대해 높은 저항성을 가지고 있다는 점에서 특히 유리하다. 그 결과, 라미네이트(105)는 정확한 크기 및 형상으로 미리 절단된 다음에, 뒤틀림 없이 생산 라인 상의 조립 스테이션으로 전달될 수 있다. 따라서, 라미네이트(108)는 용접(welding)에 특히 적합하다. PET(polyethylene terephthalte)/알루미늄(Aluminium)/PP(poly propylene), PE(Poly Ethylene)/EVOH(Ethylene vinyl alcohol)/PP, PET/메탈라이즈드(metallised)/PP, 및 알루미늄/PP 라미네이트들과 같은 다른 라미네이트 재료들도 사용될 수 있다. 다이컷 적재(die cut stock) 형태의 라미네이트 대신에 롤 라미네이트 적재(Roll laminate stock) 형태가 이용될 수도 있다.
카트리지(15)는 유연성의 라미네이트(105) 대신에 강성을 갖거나 또는 반-강성(semi-rigid)을 갖는 뚜껑에 의해 밀폐될 수 있다.
카트리지(15)의 조립은 다음과 같은 단계들을 포함한다:
a) 내측 부재(103)가 외측 부재(102) 안으로 삽입되는 단계;
b) 필터(104)가 소정의 형상으로 절단되어 내측 부재(103) 상에 배치되어서, 원통형 펀넬(140) 위로 수용되고 고리형 프레임(141)에 대해 안착되도록 하는 단계;
c) 상기 내측 부재(103), 외측 부재(102), 및 필터(104)가 초음파 용접에 의해 접합되는 단계;
d) 상기 카트리지(15)가 한 가지 이상의 음료 성분들로 채워지는 단계;
e) 라미네이트(105)가 상기 외측 부재(102)에 고정되는 단계.
상기 외측 부재(103)는 개방된 저부(112)가 상방향을 지향하는 상태의 방위를 갖는다. 그 다음, 내측 부재(103)가 외측 부재(102) 안으로 삽입되는데, 이 때 외측 테두리(151)는 카트리지(15)의 상부(111)에서 축방향 연장부(114)에 헐거운 끼움(loose fit)으로 수용된다. 동시에, 상기 외측 부재(102)의 원통형 연장부(118)는 내측 부재(103)의 원통형 펀넬(140)의 상측 부분 안에 수용된다.
상기 원통형 연장부(118)의 제3 부분(221)은 지지 테두리(167) 내측에 안착된다. 제2 부분(220)과 제3 부분(221) 사이에 있는 원통형 연장부(118)의 어깨부(132)는 내측 부재(103)의 지지 테두리(167)의 상측 에지에 대해 지탱한다. 외측 부재(102)와 내측 부재(103) 사이에는 인터페이스 구역(interface zone)이 형성되는바, 여기에는 카트리지(15)의 거의 전체 원주 둘레로 연장된 지지 테두리(167)와 원통형 연장부(118) 사이의 면 시일(face seal)이 포함된다. 지지 테두리(167)에 있는 슬롯(170)이 지지 테두리(167)를 통해서 어깨부(168) 약간 아래의 지점까지 하향으로 연장되기 때문에, 상기 원통형 연장부(118)와 지지 테두리(167) 사이의 시일이 유체밀봉성 시일은 아니다. 따라서, 상기 지지 테두리(167)와 원통형 연장부(118) 사이의 인터페이스 끼움(interface fit)으로 인하여, 상기 슬롯(170)이 배출 주둥이(143)와 고리형 채널(169) 간에 가스 및 액체 소통을 가능하게 하는 통공으로 된다. 상기 통공은 통상적으로 0.64 mm의 폭과 0.69 mm의 길이를 갖는다.
그 다음, 필터(104)가 상기 내측 부재(103) 위에 놓여져서, 필터 재료가 고리형 테두리(151)와 접촉하게 된다. 그 다음, 초음파 용접 공정을 이용함으로써 필터(104)를 내측 부재(103)에 접합시키며, 동시에 동일한 공정 단계에서 내측 부재(103)를 외측 부재(102)에 접합시킨다. 상기 내측 부재(103)와 필터(104)는 외측 테두리(151) 둘레에서 용접된다. 상기 내측 부재(103)와 외측 부재(102)는 외측 테두리(151)와 웹(154)들의 상측 에지들 둘레에서 용접 선(weld line)들에 의하여 접합된다.
도 29 에 도시된 바와 같이, 상기 외측 부재(102)와 내측 부재(103)는 함께 접합된 때에 고리형 플랜지(141) 아래의 내부(106)이자 원통형 펀넬(140)의 외부인 곳에 빈 공간을 한정하며, 이 공간은 여과 챔저를 형성한다. 상기 고리형 프레임(141) 위의 통로(157)들과 상기 여과 챔버(filtration chamber; 160)는 필터 종이(104)에 의하여 분리된다.
상기 여과 챔버(160)는 한가지 이상의 음료 성분(200)들을 담는다. 상기 한가지 이상의 음료 성분(200)들은 여과 챔버(160) 안에 패킹(packing)된다(밀어 넣어진다). 에스프레소 스타일인 음료의 경우, 상기 성분은 통상적으로 구원진 분쇄 커피이다. 상기 여과 챔버(230) 안의 음료 성분들의 패킹 밀도(density of packing)는 소망에 따라 다르게 될 수 있다. 통상적으로 여과 커피 음료(filtered coffee product)를 위하여는, 상기 여과 챔버가, 통상적으로 5 내지 14 mm의 두께를 갖는 여과 베드(filtration bed) 안에 5.0 내지 10.2 gram의 구워진 분쇄 커피를 포함한다.
그 다음, 라미네이트(105)의 주변부 둘레에 용접부(161)를 형성함으로써 외측 부재(102)에 라미네이트(105)를 고정시킴으로써, 외향으로 연장된 플랜지(135)의 하측 표면에 라미네이트(105)를 접합시킨다. 상기 용접부(161)는 라미네이트(105)를 유입 챔버(126)의 원통형 벽(127)의 하측 에지에 대해 밀봉시키도록 연장된다. 또한, 원통형 펀넬(140)의 외측 튜브(142)의 하측 에지와 라미네이트(105) 사이에 용접부(162)가 형성된다. 상기 라미네이트(105)는 여과 챔버(160)의 하측 벽을 형성하며, 또한 원통형 펀넬(140)과 유입 챔버(126)을 밀봉시킨다. 그러나, 토출 전에는 배출 주둥이(43)의 하측 에지와 라미네이트(105) 사이에 작은 간극(163)이 존재한다. 라미네이트(105)의 재료 특성에 따라서, 가열 용접 및 초음파 용접과 같은 다양한 용접 방법이 이용될 수 있다.
사용시, 소정 압력의 물이 카트리지(15) 안으로 들어가는바, 구체적으로는 유입구(107)을 통해서 유입 챔버(126) 안으로 들어간다. 물은 여기에서부터 슬롯(117)들을 통해 유동하고 매니폴드(116)을 돌아서 복수의 슬롯(117)들을 통해 카트리지(1)의 여과 챔버(160) 안으로 향한다. 물은 여과 챔버(160)를 통해서 반경방향 내향으로 강제되고 그 안에 담겨져 있는 음료 성분(200)들과 혼합된다. 동시에, 물은 음료 성분(200)들을 통하여 상향으로 향하도록 강제된다. 음료 성분(200)들을 통한 물의 통과에 의해 형성된 음료는 필터(104)와 여과 통공(155)들을 통해서 고리형 프레임(141) 위에 놓인 통로(157)들 안으로 간다.
반경방향 통로(157)들 안의 음료는 웹(154)들 사이에 형성된 통로(157)들을 따라서 하향으로 유동하고 개구(156)들을 통과하여 원통형 펀넬(140)의 고리형 채널(169) 안으로 간다. 고리형 채널(169)로부터, 음료는 통로(157)들 및 여과 챔버(160) 안에 수집되는 음료의 배압에 의하여 압력을 받아서 통공(128)을 통과하도록 강제된다. 따라서, 상기 음료는 제트류로서 통공을 통과하고 배출 주둥이(143)의 상측 단부에 의해 형성되는 확장 챔버(expansion chamber) 안으로 향하도록 강제된다. 도 29 에 도시된 바와 같이, 상기 음류의 제트류는 공기 유입구(171)의 바로 위를 지나간다. 음료가 상기 통공의 제한을 받으면서 통과하므로 음료의 압력이 감소된다. 음료가 배출 주둥이(143)안으로 들어감에 따라서 음료의 압력은 여전히 상대적으로 낮다. 그 결과, 공기가 상기 카트리지(15)의 외부로부터 공기 유입구(171)를 통하여 이끌려 들어옴에 따라서, 공기가 복수의 작은 기포의 형태로 음료 스트림 안으로 혼입된다. 상기 통공으로부터 나오는 음료의 제트류는 유출구(144)를 향하여 하향으로 모아지며, 상기 유출구(144)에서 음료는 전술된 유출 튜브(120)로 배출되어 컵과 같은 그릇 안으로 들어가게 되는데, 기포들은 상기 그릇 안에서 크레마를 형성한다. 따라서, 상기 통공과 공기 유입구(171)가 함께, 공기를 음료 안으로 혼입시키는 작용을 하는 공기 혼입기를 형성한다.
외부와 상기 음료 성분들 간의 유일한 유체 소통이 유출 튜브(120) 형태인 유출구(12)와 수성 매체 유입구(11)를 통하도록 하기 위하여, 상기 음료 형성 챔버(10)(또는 챔버(10) 내의 카트리지(15)가 사용 중에 밀봉됨이 바람직할 수 있다. 이것은 예를 들어 상기 음료 조리 기계가 배압을 달리하기 위하여 전술된 바와 같은 밸브(60)를 포함하는 경우에 그러할 수 있다. 예를 들어 밸브(60)와 같은 밸브가 상기 배압의 조정을 위하여 음료 조리 기계(1) 안에 포함된 경우에는, 증가된 배압이 유지됨을 보장하기 위하여 음료 형성 챔버(10)를 위한 유체밀봉성 시일(카트리지(15)가 있는 경우에는, 그 카트리지를 위한 유체밀봉성 시일)을 제공할 필요가 있다. 한편, 밸브(60)를 구비한 동일한 기계에서, 혼입기를 가진 카트리지들을 이용할 수 있도록 함도 요망될 수 있다. 카트리지(15)가 전술된 바와 같은 혼입기를 포함하는 경우에는, 공기가 외부로부터 공기 유입구(171)에 도달할 수 있는 루트를 제공할 필요가 있다. 이와 같은 경우에는, 공기 유입 루트가 유출 튜브(120)를 경유함이 유리하다. 본 발명의 튜브(120)는, 튜브(120) 아래로 이동하는 음료의 유출 스트림이 음료 조리 기계의 외부로부터의 (동시에 튜브(120)를 따라 위로 이동할 필요가 있는) 공기의 유동을 '초크-오프(choke off)'시킬 가능성이 낮게 됨을 보장한다는 점에서, 그러한 장치들에서 유리한 것으로 나타났다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 음료 조리 기계는 음료 조리 기계(1)에 의해 조리된 음료를 궁극적으로 수용하게 되는 그릇(30)과 음료 형성 챔버의 유출구(12) 사이에 배치된 중간 부재(20)를 포함한다. 상기 그릇(30)은 예를 들어 컵, 머그컵, 저그(jug), 등일 수 있다.
상기 중간 부재(20)에는 공동이 형성되어 있는바, 상기 공동은 사용시 음료 형성 챔버의 유출구(12)로부터 음료를 수용한다. 상기 공동(20)은 베이스(25)를 포함하고, 상기 베이스는 최저점(26)과 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역(27)을 포함한다. 상기 베이스(25)는 복수의 통공(28)들을 포함하는바, 상기 통공들(28)에는 베이스(25)의 최저점(26)에 있거나 최저점(26)을 향하여 배치된 하나 이상의 통공들과, 상기 최저점(26)에 비하여 위에 배치된 적어도 하나의 영역(27)에 배치된 하나 이상의 통공들이 포함된다. 대안적으로는 상기 복수의 통공(28)들 중 하나 이상이 상기 최저점(26) 또는 그 근처로부터 상기 최저점(26)에 비하여 위에 있는 상기 적어도 하나의 영역(27)으로 연장되게끔 구성된다.
일 실시예의 중간 부재(20)가 도 6 및 도 7 에 도시되어 있다. 이 실시예의 중간 부재(20)의 베이스(25)는 돔(dome) 형상을 갖는다. 그것은 상기 돔에 걸쳐서 분포된 통공(28)들을 포함하는데, 여기에는 (본 실시예에서는 돔의 중간에 있는) 베이스의 최저점에 있는 하나의 통공(28a)과 상기 돔의 중앙으로부터 떨어져서 (예를 들면, 상기 최저점(26)에 비하여 위에 배치된 적어도 일 영역(27)에) 배치된 다양한 추가적인 통공(28)들이 포함된다. 상기 최저점은 음료 조리 기계에 설치된 때의 최저 지점이며, 상기 베이스 근처의 통공들은 중간 부재의 하측 단부를 향하여 배치되어서, 음료는 중력의 영향을 받아서 상기 통공들을 통해서 음료 조리 기계 밖으로, 그리고 그릇(예: 컵)을 향해서 유동하게 된다.
도 8a, 도 8b, 및 도 9 에 도시된 중간 부재(20)의 제2 실시예는 제1 실시예의 돔 형상의 중간 부재의 3차원적인 곡면과는 달리 2차원의 곡면을 갖는 베이스(25)를 구비한다. 제2 실시예의 경우에는 상기 베이스가 실질적으로 반-원통형(semi-cylindrical)의 형상을 갖지만, 대안적으로는 반-오벌(semi-oval)의 형상 또는 상이한 곡면의 형상을 가질 수 있다. 도 8a 에는 최저 부분 가까이에 배치된 통공(28b)들과 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 일 영역에 있는 통공(28)들을 가진 구성이 도시되어 있다. 도 8b 에는 최저점으로부터 상기 최저점에 비하여 위에 있는 영역까지 연장된 통공(28)들을 가진 구성이 도시되어 있다. 이와 같은 구성의 통공들은 도 6, 7, 및 10 내지 12 의 실시예에 대한 대안으로서 동등하게 적용될 수 있다.
중간 부재(20)의 제3 실시예가 도 10 에 도시되어 있다. 이 중간 부재(20)의 베이스(25)는 베이스(25)의 최저점(26)을 이루는 정점에서 만다는 두 개의 평면들을 갖는다. 최저 부분(26)(즉, 최저점 또는 정점) 또는 그 가까이에는 통공(28a)들이 배치된다. 추가적인 통공(28)들은 상기 최저점으로부터 떨어진 영역(27)들에 배치된다.
중간 부재(20)의 제4 실시예가 도 11 및 도 12 에 도시되어 있다. 이 중간 부재(20)의 베이스(25)는 계단식 구조를 갖는다. 계단 부분(26)들 중 하나는 최저 부분(26)을 이루고, 다른 계단 부분(27)은 최저점(26)에 비하여 위에 있는 영역(27)을 이룬다. 통공(28a)들은 최저점(26)뿐만 아니라 위에 있는 영역(27)에도 배치된다.
본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 발명이 중간 부재(25)의 상기 네 개의 예시적인 구성에만 국한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 예시적인 중간 부재들 각각의 상이한 특성들이 조합될 수 있다. 물론, 상기 최저점에 비하여 상이한 정도로 위에 있는 복수의 위에 있는 영역들이 있을 수 있다. 상기 영역 또는 영역들은 편평하거나, 2차원의 곡면을 갖거나, 또는 3차원의 곡면을 가진 것일 수 있다. 나아가, 본 사항에 있어서의 본질적인 내용은 최저점(26)(하나 이상의 최저점(26)이 있을 수도 있음)과 상기 최저점(26)에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역(27)이 있으며, 상기 최저점(26) 또는 그 가까이에 배치된 통공들과 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역(27)에 배치된 통공들이 있다는 점이다.
본 발명의 가장 바람직한 실시예는 튜브(120)의 구성과 중간 부재(20)의 구성 모두를 포함하는 실시예이다. 특히, 가장 바람직한 실시예는 앞서 설명된 중간 부재(20) 안으로 연장되는 튜브(120)의 구성을 포함한다.
그러나, 본 발명의 실시예들은 상기 구성들 중 단 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예는 튜브(120), 중간 부재(20), 및 밸브(60)를 포함한 것일 수 있는 한편, 다른 실시예는 밸브(60)와 중간 부재(20) 만을 포함한 것일 수 있다.
본 발명의 실시예가 중간 부재를 포함하는가의 여부와 관계없이, 튜브(120)의 유출구는 벌어진 형태를 가질 수 있으며, 계단식으로 변화하는 직경을 가질 수 있고, 모따기된 에지(chamfered edge)를 가지거나 또는 일 측부가 다른 측부보다 더 낮은 에지를 가질 수 있다. 이와 같은 특징들 중 임의의 것이 독립적으로 또는 다른 특징과 조합되어 이용될 수 있다.
여기에서 설명된 본 발명의 모든 구성들은 카트리지를 갖는 종류의 것이 아닌 음료 조리 기계에도 동등하게 적용될 수 있다.

Claims (25)

  1. 수성 매체(aqueous medium)를 한 가지 이상의 음료 성분과 접촉시킴에 의하여 음료를 형성하는 음료 조리 기계로서,
    상기 음료 조리 기계는 음료를 그릇(receptacle)으로 배출시키기 위한 유출 경로(outlet path)의 적어도 일부분을 형성하는 튜브(tube)를 포함하고,
    상기 튜브는 음료를 수용하기 위한 상류측 단부와 상기 음료를 배출하기 위한 하류측 단부를 구비하며,
    상기 상류측 단부는 적어도 8 mm 인 특성 내부 치수(characteristic internal dimension)를 가지고, 상기 하류측 단부는 적어도 10 mm인 특성 내부 치수를 가지고,
    상기 상류측 단부의 특성 내부 치수는 상기 하류측 단부의 특성 내부 치수보다 작으며,
    상기 음료 조리 기계는 음료 형성 챔버를 더 포함하고,
    상기 음료 형성 챔버는 수성 매체를 수용하기 위한 유입구, 및 상기 수성 매체를 한가지 이상의 음료 성분과 접촉시킴에 의하여 형성되는 음료를 배출하기 위한 유출구를 포함하고,
    상기 음료 조리 기계는 음료를 수용하기 위하여 음료 형성 챔버의 유출구의 하류에 배치된 중간 부재(intermediate member)를 더 포함하며, 상기 중간 부재는 사용시 음료 조리 기계에 의하여 조리된 음료를 궁극적으로 수용하는 그릇과 상기 음료 형성 챔버의 유출구 사이에 배치되고,
    상기 중간 부재는 사용시 상기 음료 형성 챔버의 유출구로부터 음료를 수용하는 공동(cavity)을 형성하고, 상기 공동은 최저점(lowermost point) 및 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역을 구비한 베이스(base)를 포함하며,
    상기 베이스는 복수의 통공(aperture)들을 포함하되, 상기 통공들에는:
    상기 베이스의 최저점에 또는 최저점 근처에 배치된 하나 이상의 통공들과 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역에 배치된 하나 이상의 통공들이 포함되거나; 또는
    상기 최저점에 또는 최저점 근처에서 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역으로 연장되게 구성된 하나 이상의 통공들이 포함되며,
    상기 튜브의 하류측 단부가 상기 중간 부재 안으로 연장되는, 음료 조리 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는 상류측 단부에서 8　mm 의 최소 특성 최소 치수를 가지고, 하류측 단부에서 12　mm 의 최소 특성 내부 치수(minimum characteristic internal dimension)을 가지며, 튜브의 상류측 단부와 하류측 단부 사이의 위치에서 10 mm 의 최소 특성 내부 치수를 갖는, 음료 조리 기계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브의 하류측 단부는 상기 유출 경로의 말단 부분인, 음료 조리 기계.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브의 하류측 단부는 상기 튜브로부터 배출되는 음료를 수용하기 위한 중간 부재에 인접하게 배치되는, 음료 조리 기계.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브는 음료 조리 기계의 외부로부터 음료로 공기를 공급하기 위한 공기 유입구로서의 역할을 하는, 음료 조리 기계.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 음료 조리 기계는 상기 음료 안으로 공기를 혼입시키기 위한 혼입기(entrainer)를 포함하는, 음료 조리 기계.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 음료 조리 기계는 음료 성분을 담고 있는 카트리지(cartridge)를 수용하도록 구성되고, 상기 카트리지는 공기를 음료 안으로 혼입시키기 위한 혼입기를 포함하는, 음료 조리 기계.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 음료 조리 기계의 외부로부터 혼입기로 공기를 공급하기 위한 유일한 공기 공급부를 형성하는, 음료 조리 기계.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브는 음료 조리 기계 안에 수용된 카트리지 내부의 압력 또는 음료 조리 기계의 음료 형성 챔버(beverage formation chamber) 내부의 압력을 변화시키기 위하여 죄여질 수 있는(constrictable), 음료 조리 기계.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브의 하류측 단부는 적어도 일 평면에서 비대칭적이고, 상기 튜브의 하류측 단부는 비-원형(non-circular)의 단면을 갖는, 음료 조리 기계.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브의 하류측 단부는 적어도 하나의 편평한 측부를 가지고, 상기 튜브의 하류측 단부에 있는 튜브의 벽은 반경방향 내향 또는 반경방향 외향으로 모따기된(chamfered), 음료 조리 기계.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브의 하류측 단부에 있는 튜브의 벽은 0.5　mm 미만의 두께를 갖는, 음료 조리 기계.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브의 하류측 단부는 상기 튜브의 중심축에 대해 직각이 아닌 각도를 이루는, 음료 조리 기계.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 베이스가 1 초과의 차원으로 곡면을 이루는, 음료 조리 기계.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 중간 부재의 길이방향 축을 중심으로 한 회전체(solid of revolution)의 형상을 가지고, 상기 길이방향 축은 상기 베이스의 최저점을 관통하거나, 또는 상기 베이스가 오목하며 일정한 곡률반경(radius of curvature)을 갖는, 음료 조리 기계.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제1항 또는 제2항에 따른 음료 조리 기계, 및 한 가지 이상의 음료 성분을 담고 있는 하나 이상의 카트리지를 포함하는 시스템으로서,
    상기 음료 조리 기계는 공기를 음료 안으로 혼입시키는 혼입기를 포함하는 제1 유형의 카트리지를 이용할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이 때 상기 혼입기의 공기 유입구로의 공기 공급 루트(air supply route)는 상기 튜브를 경유하고,
    상기 음료 조리 기계는 혼입기를 포함하지 않는 제2 유형의 카트리지를 이용할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이 때 상기 음료의 거품형성은 가변 기하형태 밸브를 이용함으로써 이루어지되 상기 밸브를 통해 유동하는 음료에서의 결과적인 시어링(shearing) 및 혼합(mixing)에 의해 이루어지는, 시스템.
  21. 제1항에 따른 음료 조리 기계를 이용하여 음료를 조리하는 방법으로서, 상기 음료 조리 방법은:
    상기 음료 조리 기계의 상기 음료 형성 챔버 안에서 음료를 형성하는 단계;
    음료를 상기 음료 형성 챔버로부터 죄여질 수 있는 튜브 안으로 배출시키는 단계;
    상기 튜브를 조임(constricting)으로써 상기 음료 형성 챔버로 향하는 튜브 안의 공기의 유동을 통제하는 단계; 및
    상기 음료를 그릇 안으로 토출하는 단계;를 포함하는, 음료 조리 방법.
  22. 제1항에 따른 음료 조리 기계의 음료 형성 챔버 안에서 음료를 형성하는 단계;
    상기 음료 형성 챔버로부터 중간 부재의 공동 안으로 음료를 배출시키는 단계로서, 상기 공동은 최저점 및 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역을 구비한 베이스를 포함하고, 상기 베이스는 복수의 통공들을 포함하며, 상기 통공들에는 상기 베이스의 최저점 또는 최저점 근처에 배치된 하나 이상의 통공들 및 상기 최저점에 비하여 위에 있는 적어도 하나의 영역에 배치된 하나 이상의 통공들이 포함되는, 단계;
    상기 복수의 통공들 중 하나 이상을 통하여 음료를 통과시키는 단계; 및
    상기 음료를 그릇 안으로 토출하는 단계;를 포함하는, 음료 조리 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 공동 안으로 들어가는 음료의 체적 유량(volumetric flow)이 상대적으로 낮은 경우에는, 상기 음료가 곡면을 이루는 베이스의 최저점 또는 최저점 근처에 배치된 하나 이상의 통공만을 통해 지나가는 경향을 가지고,
    상기 공동 안으로 들어가는 음료의 체적 유량이 상대적으로 높은 경우에는, 상기 음료가 상기 곡면을 이루는 베이스의 최저점 또는 최저점 근처에 배치된 하나 이상의 통공 뿐만 아니라 상기 최저점보다 위에 있는 적어도 하나의 영역에 배치된 하나 이상의 통공을 통하여 지나가도록, 상기 공동을 채우는 경향을 갖는, 음료 조리 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    음료가 상기 복수의 통공들을 통해 지나갈 때, 상기 음료는 베이스의 하측부를 따라 유동하여 단일의 음료 스트림으로 통합되고, 상기 음료 스트림은 상기 베이스의 최저점 또는 최저점 근처에 있는 지점에서 중간 부재로부터 분리되는, 음료 조리 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 음료 조리 방법은 한가지 이상의 음료 성분을 포함하는 카트리지를 음료 형성 챔버 안으로 삽입시키는 단계를 더 포함하는, 음료 조리 방법.
KR1020147007867A 2011-09-12 2012-09-11 개선된 음료 조리 기계 KR101775033B1 (ko)

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